75 группа 2 вариант / Режимы роботы и эксплуатации ТЭС / КУ / Учебное пособие

следует отнести быстрый запуск энергетической установки (1-2 мин), высокую маневренность и пригодность для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах.

Парогазовые электрические станции (ПГЭС) для современной энерге-

тики являются наиболее эффективным средством значительного повышения тепловой и общей экономичности электростанций, использующих органическое топливо [5]. Основу ПГЭС составляет парогазовая силовая установка (ПГУ), в состав которой входят паровая и газовая турбины, объединенные общим технологическим циклом. Соединение этих установок в единое целое позволяет снизить потерю теплоты с уходящими газами ГТУ или парового котла, использовать газы за газовыми турбинами в качестве подогретого окислителя при сжигании топлива, получить дополнительную мощность за счет частичного вытеснения регенерации паротурбинных установок и, в конечном итоге, повысить КПД парогазовой электростанции по сравнению с паротурбинной и газотурбинной электростанциями до 46-49 %.

Гидравлические электрические станции (ГЭС) предназначены для вы-

работки электроэнергии за счет использования энергии водных потоков (рек, водопадов и т.п.). Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Отличительная особенность ГЭС – небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд. Кроме этого, технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста, легко поддается автоматизации, а пуск гидроагрегата занимает не более 50 секунд, поэтому резерв мощности энергосистем целесообразно обеспечивать именно этими агрегатами. Однако строительство ГЭС сопряжено с большими капиталовложениями, большими сроками строительства, спецификой размещения гидроресурсов страны, со сложностью решения экологических задач.

Атомные электростанции (АЭС) – это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Они могут быть сооружены практически в любом географическом районе, но при наличии источника водоснабжения. Количество потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к его транспортировке. Одним из основных элементов АЭС является реактор. В настоящее время на АЭС используются реакторы двух типов – ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и РБМК (реактор большой мощности канальный). Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах, но так же как и на КЭС, строятся по блочному принципу. АЭС особенно эффективны в районах, бедных топливными ресурсами, их выгодно оснащать энергоблоками большой мощности. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС. АЭС не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлака. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС. Для агрегатов АЭС предпочтительна работа в базовом режиме. К оборудованию атомных станций предъявляются повышенные требования безопасности и надежности. Особой проблемой является захоронение или восстановление топливных элементов.

Солнечные, геотермальные, приливные, ветряные электростанции относятся к нетрадиционным типам электростанций, информация о которых, может быть получена из дополнительных литературных источников [5,6].

10

1.1.2. Котельные установки

Котельные установки включают комплекс устройств, предназначенных для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара [7]. Главной частью этого комплекса является паровой или водогрейный котел. В зависимости от назначения котельные подразделяются на энергетические, отопитель- но-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс ТЭС в виде котельного цеха или котельного отделения в составе котлотурбинного цеха ТЭС.

Отопительно-производственные котельные сооружаются на промыш-

ленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промышленных зданий и технологические процессы производства.

Отопительные котельные обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. В отопительных котельных могут использоваться водогрейные и промышленные паровые котлы различных типов и конструкций. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, т.е. теплопроизводительность, и температура воды, а для парового котла – паропроизводительность, давление и температура свежего пара.

1.1.3. Тепловые сети

Представляют собой теплопроводы, предназначенные для транспортирования тепловой энергии в виде пара или горячей воды от источника теплоты (ТЭС или котельной) к тепловым потребителям.

В состав теплопроводов входят: соединенные между собой стальные трубы; тепловая изоляция; компенсаторы тепловых удлинений; запорная и регулирующая арматура; строительные конструкции; опоры; камеры; дренажные и воздухоспускные устройства.

Тепловая сеть является одним из наиболее дорогостоящих элементов системы централизованного теплоснабжения.

1.1.4. Электрические сети

Электрическими сетями [8] называют устройство, соединяющее источники питания с потребителями электроэнергии. Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей, кроме этого, электрические сети обеспечивают передачу энергии на большие расстояния и позволяют объединить электрические станции в мощные энергетические системы. Целесообразность создания мощных энергетических объединений обусловлена их большими технико-экономическими преимуществами. Электрические сети классифицируют по различным признакам: для передачи постоянного или трехфазного переменного тока; низких, средних, высоких и сверх высоких напряжений; внутренние и наружные; основные, сельские, городские, промышленные; распределительные, питающие и т.п.

11

Более подробные сведения об электрических сетях рассматриваются в специальной технической литературе.

1.2.Функции энергообъектов

Сточки зрения технологии производства электрической и тепловой энергии основными функциями энергообъектов являются производство, преобразование, распределение тепловой и электрической энергии и отпуск ее потребителям.

На рис. 1.1. изображена принципиальная схема комплекса энергообъектов, обеспечивающих промышленную выработку тепловой и электрической энергии, а также доставку ее потребителю.

Основу комплекса составляет ТЭЦ, на которой осуществляется производство, преобразование и распределение электрической, а также производство и отпуск тепловой энергии.

Производство электрической энергии осуществляется непосредственно в генераторе. Для вращения ротора генератора используется паровая турбина, на которую подается перегретый пар, полученный в паровом котле. Выработанная в генераторе электроэнергия преобразуется в трансформаторе на более высокое напряжение, для уменьшения потерь при передаче электроэнергии потребителю. Часть выработанной в генераторе электроэнергии используется на собственные нужды ТЭЦ. Другая, большая ее часть, передается на распределительное устройство. С распределительного устройства ТЭЦ электроэнергия поступает в основные электрические сети энергетических систем, из которых осуществляется отпуск электроэнергии потребителям.

ТЭЦ осуществляет также производство тепла и отпуск его потребителю, в виде пара и горячей воды. Пар отпускается с регенеративных отборов турбины (в некоторых случаях непосредственно с паровых котлов) и в результате использования у потребителя – конденсируется. Конденсат полностью или частично возвращается от потребителя пара на ТЭЦ для снижения пароводяных потерь станции.

Нагрев сетевой воды происходит в сетевых подогревателях электростанции, после которых осуществляется ее подача в циркуляционный контур системы горячего водоснабжения потребителей. Циркуляция горячей и холодной (после потребителя) теплосетевой воды осуществляется за счет работы так называемых сетевых насосов. Границы зон обслуживания оборудования энергообъектов на рис. 1.1 выделены соответствующими контурами.

1.3.Особенности производства электрической энергии

В России, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии принят трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Это объясняется большей экономичностью электрических сетей и установок трехфазного тока по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также возможностью широкого использования в качестве электропривода наиболее надежных, простых и дешевых асинхронных электродвигателей.

12

Наряду с трехфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют и постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока. В настоящее время постоянный ток применяется также для передачи электроэнергии на большие расстояния при напряжении до 800 кВ.

Качество электроэнергии, отпускаемой потребителю, характеризуется, в основном, двумя показателями – уровнем частоты и напряжения, которые нормируются государственным стандартом. В то же время особенностью производства электроэнергии является невозможность ее накопления, т.е. в любой момент времени производится столько энергии, сколько потребляется

– и наоборот. Практически баланс между потреблением и выработкой электроэнергии (активной мощностью турбогенераторов) поддерживается за счет изменения частоты сети. Таким образом, поддержание частоты электрического тока в энергосистеме на заданном уровне возможно лишь тогда, когда активная мощность турбины и, следовательно, пропуск пара через нее (т.е. паровая нагрузка энергетического котла) все время должны соответствовать изменяющейся нагрузке генератора.

Следует отметить, что процесс регулирования частоты в энергосистемах является комплексной задачей, которая решается за счет работы централизованных и децентрализованных устройств автоматического регулирования частоты, мощности и перетоков электроэнергии, с учетом режимных ограничений.

Регулирование напряжения, в отличие от регулирования частоты, ведется не в энергосистеме в целом, а в так называемых контрольных точках энергосистем. Задача оптимального регулирования напряжения не менее сложна, чем задача регулирования частоты в энергосистеме. В целом она решается за счет регулирования реактивной мощности (тока ротора) генераторов и использования систем и устройств централизованного и децентрализованного регулирования напряжения (синхронные компенсаторы; регулируемые батареи статических конденсаторов; шунтирующие реакторы и др.).

1.4. Структура оборудования ТЭС

Тепловая электрическая станция включает комплекс оборудования, с помощью которого внутренняя энергия топлива (химическая или ядерная) преобразуется в тепловую и электрическую энергию [9].

К настоящему времени основу энергетической отрасли в структуре генерирующих установок составляют тепловые электрические станции типа ТЭЦ и КЭС. Основным оборудованием этих станций являются паровой котел, паровая турбина, электрический генератор и трансформатор. Все остальное оборудование станции: трубопроводы, насосы, теплообменники и т.п. – принято считать вспомогательным. По схеме компоновки основного оборудования тепловые электрические станции подразделяются на блочные и неблочные. Неблочные ТЭС называют еще и станциями с поперечными связями.

Если паровой котел вырабатывает пар только для одного турбоагрегата, такую установку называют энергетическим блоком. На электростанциях устанавливают, как правило, несколько энергоблоков и в этом случае ее называют блочной. Разновидностью блочной компоновки является схема работы

14

двух паровых котлов на один турбоагрегат. Такое компоновочное решение принято называть "дубльблок".

Втех случаях, когда любой турбоагрегат, установленный на ТЭС, может снабжаться паром от любого парового котла, такую ТЭС называют станцией с поперечными связями.

Впредыдущих разделах отмечались общие сведения о тепловых электрических станциях. В то же время имеются отличительные признаки блочных и неблочных ТЭС.

К характерным особенностям структуры и компоновки оборудования неблочных ТЭС (ТЭЦ, КЭС) необходимо отнести следующее:

использование, в основном, барабанных котлов с естественной циркуляцией, работающих с давлением от 3,5 до 14 МПа и температурой от 410 до 545 С, предназначенных в большинстве случаев для сжигания всех видов топлива (жидкого, твердого, газообразного);

использование в основе работы ТЭС регенеративного теплового цикла. При этом в питательном тракте станции выделяется тракт основного конденсата (трубопроводы от конденсатора турбины до деаэратора) и тракт питательной воды, включающий деаэратор и трубопроводы до барабана котла. Регенеративный подогрев основного конденсата осуществляется в подогревателях низкого давления (ПНД). Для регенеративного подогрева питательной воды используется группа подогревателей высокого давления (ПВД), состоящая в большинстве случаев из трех подогревателей;

обязательную установку деаэраторов высокого давления для создания нормируемого запаса питательной воды и удаления коррозионноагрессивных газов из питательной воды и конденсата;

наличие поперечных связей по паропроводам острого пара, трубопроводам основного конденсата и питательной воды;

восполнение потерь в пароводяном тракте ТЭЦ. Осуществляется добавочной химически очищенной или обессоленной водой, предварительно деаэрированной в деаэраторах атмосферного типа. Ввод добавочной воды осуществляется в схему основного конденсата или в некоторых случаях непосредственно в деаэратор высокого давления. Следует обратить внимание на то, что восполнение пароводяных потерь в тракте КЭС осуществляется недеаэрированной добавочной водой, подаваемой непосредственно в конденсатор турбины. Таким же образом осуществляется и аварийная подпитка конденсаторов турбины ТЭЦ;

подачу питательной воды в барабаны котлов. Осуществляется от сниженных узлов питания (СУП), питательная вода к которым может подаваться от коллекторов ''горячей'' и ''холодной'' питательной воды;

питательную установку. Комплектуется соответствующими насосами с электроприводом, которые обеспечивают подачу питательной воды на группы ПВД и в общестанционные коллекторы ''горячей'' и ''холодной'' питательной воды.

На рис. 1.2. изображена принципиальная схема ТЭЦ с поперечными связями, в которой отражена структура основного и вспомогательного оборудования и все вышеперечисленные особенности, характерные для неблочных ТЭС. Отмечена также условная граница деления оборудования станции на оборудование котельной и турбинной установок.

15

В представленных рисунках не раскрывается структура технологических систем, обеспечивающих эксплуатацию котельной установки и турбогенератора. Соответствующий материал и является предметом дальнейшего изучения и будет представлен в последующих разделах курса.

1.5. Сведения о компоновке главного корпуса ТЭС

Основное оборудование ТЭС (котлы, турбины, генераторы) и большая часть их вспомогательного оборудования (насосы, теплообменники, трубопроводы, электрические кабели и распределительные устройства, щиты управления оборудованием и т.д.) размещаются в отдельном производственном здании, называемом главным корпусом электростанции. Оборудование, размещенное в главном корпусе, соединено рядом технологических линий с другими производственными зданиями и сооружениями ТЭС: химводоочисткой, топливным хозяйством, водогрейным комплексом, пусковой котельной, зольным хозяйством, объектами технического водоснабжения, очистными сооружениями и т.д. Из главного корпуса отводится произведенная в нем электрическая и тепловая энергия.

Под компоновкой главного корпуса электростанции понимают взаимное расположение отдельных помещений, оборудования и строительных конструкций. На современных тепловых электростанциях России применяют главным образом закрытые компоновки с размещением оборудования в машинном зале, котельной и промежуточном отделении между ними, которые расположены параллельно, сомкнуты и образуют единый главный корпус.

В машинном зале размещаются турбоагрегаты и их вспомогательное оборудование. Турбоагрегаты монтируются на специальных возвышенных фундаментах вдоль или поперек машинного зала. Причем фундаменты не связаны с другими строительными конструкциями, чтобы вибрация турбоагрегата не передавалась на них. На уровне установки турбоагрегатов (6…15 метров от уровня пола), вокруг их и вдоль стен устраивают площадки обслуживания в виде галерей и переходов, оборудованных стационарными ограждениями. Вспомогательное оборудование (регенеративные подогреватели, насосы, маслоохладители и др.) размещают на полу машинного зала, который устраивается на отметке «0,0 - 1,5 м». При значительной высоте фундаментов турбоагрегатов между полом и основной (верхней) площадкой обслуживания турбоагрегата возможно устройство дополнительных площадок, выполненных в соответствии с требованиями специальных норм и правил. Кроме этого, машинные залы большинства действующих ТЭС оборудуются подвальными помещениями глубиной 2,5-3,0 метра, в которых размещают трубопроводы технического водоснабжения, баки низких точек, конденсатные насосы, фильтры и другое оборудование.

Подвальные помещения имеют также сливные каналы для сброса и удаления всевозможных утечек воды. Все площадки обслуживания машинного зала соединяются лестничными маршами, расположенными исходя из удобства обслуживания оборудования. Для производства монтажа и ремонта основного и вспомогательного оборудования в машинном зале устанавливаются один или два мостовых крана, предусматривается устройство монтажноремонтных площадок и железнодорожных въездов нормальной колеи. Кроме

16

Рис. 1.2. Принципиальная схема ТЭЦ:

БЗК – бак запасного конденсата; ВСП, НСП – соответственно верхний и нижний сетевой подогреватель; Д – деаэратор высокого давления; Д-1,2 – атмосферный деаэратор; КГПВ, КХПВ – соответственно коллекторы горячей и холодной питательной воды; КЭН, ПЭН, ЦЭН, СЭН, Пер.Н, НБЗК – соответственно конденсатный, питательный, циркуляционный, сетевой, перекачивающий насосы и насос бака запасного конденсата; К.О.П. – коллектор острого пара; К-р – конденсатор; ОЭ – охладитель эжекторов; ПК – паровой котел; ПВК – пиковый водогрейный комплекс; ПС – подогреватель сальниковый; ПНД – подогреватель низкого давления; СУП – сниженный узел питания котла; ПХОВ – подогреватель химически обессоленной (очищенной) воды; ХОВ

– химически обессоленная (очищенная) вода.

1,2,3,4 – соответственно ПНД - 1,2,3,4; 5 – деаэратор высокого давления; 6,7,8 – соответственно подогреватели высокого давления (ПВД - 6,7,8)

17

того, машинный зал должен обеспечиваться естественным и искусственным, общим и индивидуальным (на оборудовании; рабочих местах; местных щитах управления и т.п.) освещением и вентиляцией.

В котельной главного корпуса размещаются паровые энергетические котлы и соответствующее вспомогательное котельное оборудование (оборудование систем гидрозолошлакоудаления; газоходы; узлы приготовления и дозирования реагентов; расширители и т.д.) Компоновка котельной в основном зависит от вида топлива, способа его подготовки, типа парового котла и климатических условий в районе расположения ТЭС. Несмотря на разнообразие котельного оборудования тепловых электростанций, можно выделить некоторые общие компоновочные решения котельных ТЭС. Так, большинство из них выполнено в бесподвальном варианте. То есть котлоагрегаты и механизмы устанавливаются на соответствующие фундаменты на нулевой отметке или выше. Котельные делятся перекрытием на отметке основной площадки обслуживания котлов на два помещения, нижнее из которых на пылеугольных станциях называется зольным помещением. Все котлоагрегаты оборудуются индивидуальными площадками обслуживания (через каждые 3-4 метра по высоте) и лестницами, выполненными в соответствии с требованиями [10]. Оборудование газовоздушного тракта газомазутных ТЭС во всех климатических районах размещается вне главного корпуса на открытой площадке. В климатических районах с расчетной температурой наружного воздуха выше -28 С выполняется открытая установка вынесенных воздухоподогревателей и оборудования газовоздушного тракта пылеугольных ТЭС. Мокрые золоуловители устанавливают в закрытом помещении в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже -15 С. Для монтажа и ремонта котельного оборудования должна быть предусмотрена установка соответствующих грузоподъемных механизмов. В помещении котельной предусматривается железнодорожный въезд нормальной колеи (тупиковый) на всю длину котельного отделения и двухсторонний сквозной проезд для автотранспорта, электрокаров и тягачей. Предусматриваются также боковые въезды для автотранспорта со стороны дымососной, примерно через 200 метров длины котельной.

Промежуточное отделение главного корпуса газомазутной электростанции предназначено, в первую очередь, для установки деаэраторов, станционных паропроводов острого пара, трубопроводов питательной воды, а также ре- дукционно-охладительных и пускосбросных устройств. В этом отделении располагаются также щиты управления, кабельные этажи и распределительные устройства собственных электрических нужд. В этом случае промежуточное отделение называют иногда деаэраторным отделением или деаэраторной этажеркой. Промежуточное отделение главного корпуса пылеугольной электростанции, кроме деаэраторного, включает еще и бункерное отделение, бункерную этажерку. В верхней части бункерного отделения вдоль котельной размещается галерея конвейеров топливоподачи, ниже располагаются бункеры угля и пыли, непосредственно под бункерами размещают питатели сырого угля и готовой пыли, а в нижней части бункерной этажерки на уровне пола котельного отделения устанавливаются вращающиеся механизмы: мельницы, мельничные вентиляторы и вентиляторы горячего дутья. На крыше бункерной этажерки на открытом воздухе устанавливают пылевые сепараторы и циклоны. При этой компоновке бункерное отделение разделяется плот-

18

ной стеной от деаэраторного отделения для уменьшения запыленности и загазованности машинного зала.

В некоторых компоновках главного корпуса деаэраторное и бункерное отделения совмещены, т.е. деаэраторы устанавливают в бункерном помещении, между бункерами соседних котлов, под верхним этажом с ленточными конвейерами сырого угля. Такое промежуточное отделение называют бункер- но-деаэраторным.

Встречаются компоновки ТЭС на газомазутном топливе без промежуточного помещения. В этом варианте деаэраторы устанавливают на площадках внутри машинного зала или котельной на высоте около 25 метров.

Следует отметить, что по компоновкам главных корпусов парогазовых и газотурбинных ТЭС, ввиду их малочисленности, установившихся конструктивных решений еще нет [11].

1.6. Особенности обслуживания оборудования ТЭС

Тепловая электростанция является сложным промышленным объектом, включающим комплекс промышленных корпусов (главный корпус, водогрейный комплекс, химводоочистку, пусковую котельную, мазутонасосную, топливоподачу, компрессорную и т.д.), предназначенных для выполнения конкретных технологических задач (подготовки воды, топлива, технологического пара, воздуха и т.п., выработки электрической и тепловой энергии).

Оборудование производственных корпусов задействовано в единый технологический процесс, обеспечивающий, в конечном итоге, промышленную выработку тепловой и электрической энергии. При этом должна обеспечиваться надежная, бесперебойная и экономичная работа всего оборудования. Особенно актуальны эти требования к оборудованию главного корпуса:

в главном корпусе размещается оборудование, относящееся к категории опасных производственных объектов;

оборудование главного корпуса как бы завершает рабочий цикл станции по выработке тепловой и электрической энергии, и поэтому недопустим сбой

вработе даже вспомогательного оборудования, так как это может привести в лучшем случае к ограничению отпускаемой потребителю продукции или к снижению экономичности работы станции и в худшем случае к полному прекращению подачи потребителю тепловой и электрической энергии;

основное и вспомогательное оборудование является сложным и дорогостоящим – выход его из строя влечет значительный материальный ущерб как для электростанции, так и для потребителя энергии.

Следует отметить и то, что эксплуатация оборудования ТЭС связана с использованием мощных и сложных вращающихся механизмов; сосудов и аппаратов, работающих под давлением; горячих, агрессивных, токсичных, взрывоопасных жидкостей и газов; высоковольтной электроаппаратуры; оборудования, размещенного в разных уровнях, и т.д.

Исходя из упомянутых выше требований следует отметить, что надежность и экономичность работы электростанций зависит в основном от совершенства технических средств, используемых на станции, и от культуры их эксплуатации, определяемой уровнем подготовки эксплуатационного персонала.

19